交直流儀表現場(chǎng)標準源設計

交直流儀表現場(chǎng)標準源可以用來(lái)檢定測試交直流電壓表、電流表和單相、三相有功功率表、無(wú)功功率表、相位表、功率因數表、頻率表等多種工頻儀表及電量變送器。該系統具有體積小、重量輕、操作方便等特點(diǎn)，特別適合現場(chǎng)使用。同時(shí)該系統具有功能多、準確度高的優(yōu)點(diǎn)，也適合實(shí)驗室使用。該系統性?xún)r(jià)比高、一機多能，市場(chǎng)前景十分看好。

1主要特點(diǎn)

(1)多功能、高準確度、大功率，可廣泛應用于檢定各種工頻儀表。

(2)輸出電壓、電流、相位、功率因數、頻率等均為軟件啟動(dòng)，量程可自動(dòng)或手動(dòng)切換，對負載沖擊小。

(3)電壓、電流、相位、功率因數、頻率等均可逐位調節，連續步進(jìn)，并有滿(mǎn)度和清零鍵，使用方便。

(4)具有過(guò)流、過(guò)壓自動(dòng)保護、自動(dòng)復位的功能。

(5)320X240LDC大屏幕顯示，可同時(shí)顯示輸出電壓、電流、相位、功率因數、頻率等參數，并且可顯示所調節的值的相對誤差和絕對誤差。

(6)具有外部校準功能，可保持校準后的準確度。

2技術(shù)指標

(1)輸出頻率范圍：40.00~65.00Hz，準確度±0.02%，調節細度：0.01Hz.

(2)輸出交流電壓范圍：A相15~660V，分為150V、250V、400V、600V四個(gè)量程;B、C相為15~440V.分為150V、250V、400V三個(gè)量程。

(3)輸出直流電壓范圍：10mV~660V，分為75mV、200mV、2V、10V、150V、250V、400V、600V八個(gè)量程。

(4)輸出交流電流范圍：50mA~33A，分為500mA、1A、5A、30A四個(gè)量程。

(5)輸出直流電流范圍：5mA~22A，分為20μA、200μA、2mA、20mA、500mA、1A、5A、20A八個(gè)量程。

(6)輸出交直流電壓、電流調節細度，優(yōu)于1×10-5，六位數字逐位調節，每個(gè)量程均可在0~110%之間調節。

(7)交流電壓、電流移相范圍：0.00～359.99°，調節細度0.01°，準確度±0.05°。

(8)交流電壓、電流、功率(PF=1)準確度：0.05%.

(9)直流電壓準確度：0.02%.

(10)直流電流5A~20mA;量程準確度：0.02%;其他量程準確度：0.05%.

(11)交流電壓、電流輸出額定功率：30W.

(12)測量時(shí)間范圍：1ms~100s，準確度：±0.1ms.

(13)可以加2~20次諧波。幅度為基波0~30%.

圖1交直流儀表現場(chǎng)標準源直流原理圖

圖2電壓幅值控制原理

3工作原理

此儀表的直流部分原理見(jiàn)圖1，交流部分見(jiàn)圖3.下面從交流幅值控制原理、交流相位控制原理、直流電壓控制原理及直流電流幅值控制原理分別進(jìn)行分析。

3.1交流幅值控制原理

圖3交直流儀表現場(chǎng)標準源交流原理圖 交流電壓幅值控制過(guò)程見(jiàn)圖2.

在穩態(tài)時(shí)，輸出電壓

其中B包括放大器衰減系數和交直流轉換系數，從上式可以看出輸出電壓的穩定度，取決于直流基準及放大器衰減系數和交直流轉換系數。直流基準的穩定度優(yōu)于10×10-5，放大器衰減系數和交直流轉換系數優(yōu)于20×10-5，輸出電壓的穩定度優(yōu)于20×10-5.只要穩定度達到了要求，通過(guò)校準可使電壓準確度保證在0.05級。

同樣原理，按上述方法也可以使電流準確度保證在0.05級。

3.2交流相位控制原理

從上面的分析可以看出對電壓、電流的控制只能對其幅值進(jìn)行控制，對其相位沒(méi)有控制作用，對電壓、電流的相位采取單獨一套控制系統，見(jiàn)圖4.

圖4相位控制原理

電壓、電流分別經(jīng)過(guò)過(guò)零電路和整行電路變成方波信號，電壓方波信號直接加到鑒相器中，電流方波一路經(jīng)過(guò)反相器加到門(mén)控電路中，另一路直接加到門(mén)控電路中，門(mén)控電路加到鑒相器中。當電壓、電流相位在180～360°之間時(shí)，門(mén)控電路控制電壓、電流直接進(jìn)行鑒相;當電壓、電流相位在180°以?xún)葧r(shí)，門(mén)控電路控制電壓和電流的反向信號進(jìn)行鑒相，這時(shí)的鑒相值應減去180°。

鑒相器輸出的時(shí)間間隔信號表示電壓和電流的相位差。用12MHz的脈沖測量此信號，測量計數器的值為Nx，則

頻率是65Hz，測量分辨率最低0.0019°

頻率為40Hz，測量分辨率最高0.0012°

通過(guò)測量的相位值調節信號源相位，使相位輸出值穩定在設定值，由于測量分辨率較高，通過(guò)單片機很容易把相位控制在±0.05°以?xún)取?/p>

3.3直流電壓控制原理

直流電壓控制原理見(jiàn)圖5.

圖5電壓控制原理圖

在穩定的狀態(tài)下，輸出電壓

UE是數模變換器輸出電壓，UE輸出電壓0~11V，E是誤差放大器的放大倍數[4]，M是電壓取樣系數，K是前置放大器和功率放大器的放大倍數，其值趨近無(wú)窮大，所以

輸出值在不同量程可改變電壓取樣系數M的值，可使輸出電壓在一量程內連續輸出。 3.4直流電流幅值控制原理

電流幅值控制原理見(jiàn)圖6.

圖6電流幅值控制原理

在穩定狀態(tài)下輸出電流：

同電壓原理一樣輸出電流：

UE輸出值是0~11V，通過(guò)調整取樣電阻R0和誤差放大器的放大倍數E的值，可使輸出電流在22A~2μA之間分量程連續調節。

4技術(shù)特點(diǎn)

本裝置采用電壓、電流、相位三個(gè)獨立的控制系統，電壓、電流跟蹤直流，響應時(shí)間快、輸出穩定性好、準確度高。相位控制準確、穩定、可靠。并且采用數字式合成信號源、脈沖調寬式數模轉換等數字技術(shù)，使整個(gè)裝置調試方便、維修簡(jiǎn)單、輸出調節范圍寬、調節細度提高，輸出電流、電壓、功率、相位、功率因數、頻率等可以逐位修正、連續步進(jìn)，并且還可快速升到滿(mǎn)度值，使用更加方便。

本裝置控制系統設計集成度高，采用高型并行點(diǎn)擦存儲器和閃爍程序存儲器、先進(jìn)的程序運行監視芯片和大規?？删幊唐骷?，所用芯片少、可靠性高、可操作性好、調試維修方便。而且還具有外部校準功能，可保持校準后的準確度。

5結語(yǔ)

本系統應用廣泛，主要解決了二次電網(wǎng)的參數測量及其溯源問(wèn)題。本系統同時(shí)還可以應用到清潔能源如風(fēng)能、太陽(yáng)能的測試，也可以作為儀器儀表企業(yè)的標準，用于產(chǎn)品的質(zhì)量控制和標定。本系統對于企業(yè)提高產(chǎn)品質(zhì)量、能源系統提高運行效率，都有很大作用，對社會(huì )經(jīng)濟發(fā)展有著(zhù)重要意義，社會(huì )效益十分顯著(zhù)。